Sprödigkeit

Materialeigenschaft, Verformbarkeit
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Sprödigkeit ist eine Werkstoffeigenschaft, die das Versagens- bzw. Bruchverhalten beschreibt. Ein spröder Werkstoff lässt sich nur im geringen Maße plastisch verformen, zeichnet sich folglich durch geringe Duktilität aus. Ein Sprödbruch erfolgt bei geringer Dehnung und meist nahe der Streckgrenze. Solche Materialien besitzen meist eine große Härte: Diamant, Carbide, Nitride, Salze, Keramiken und Glas aber z. B. auch Grauguss und Bakelit. Für Sprödmetalle gilt die Bruchmechanik spröder Materialien. Dagegen sind duktile Werkstoffe – darunter viele Metalle und Kunststoffe – vergleichsweise weit plastisch verformbar, bevor sie durch die Verformung brechen (Verformungsbruch).[1]

REM-Aufnahme eines spröden Bruches an einer C45E-normalisierten Zugprobe.
Spannungs-Dehnungs-Diagramm: Sprödbruch in Rot, Verformungsbruch in Grau

Häufig wird sprödes oder duktiles Verhalten durch den Zugversuch oder den Druckversuch ermittelt. Die Zähigkeit ist ein Maß für die absorbierte Energie bis zum Bruch bzw. die eingeschlossene Fläche im Spannungs-Dehnungs-Diagramm. Auch wenn hohe Zähigkeit mit hoher Duktilität assoziiert wird kann ein spröder Werkstoff zäher als ein duktiler Werkstoff sein.

Sprödbruch in einem Gussteil aus Aluminium

VersprödungBearbeiten

Versprödung eines Werkstoffes kann verschiedene Gründe und Ausprägungen haben. Einige Werkstoffe neigen zu chemischer oder physikalischer Versprödung und sind nur im Neuzustand oder nach einem Regenerationsprozess duktil.

ÜbergangstemperaturBearbeiten

Die Sprödigkeit der meisten Werkstoffe nimmt bei sinkender Temperatur zu. Die Übergangstemperatur ist diejenige, bei der die Elastizitätsgrenze die Bruchspannung übersteigt. Die Peierls-Spannung kann thermisch aktiviert überwunden werden, sodass die kritische Schubspannung mit zunehmender Temperatur abnimmt.[3] Dies ist in Metallen, insbesondere kubisch raumzentrierten und hexagonalen Kristallsystemen mit einem c/a Verhältnis zwischen 1,63 und 1,73, mit einer geringeren Anzahl an aktivierbaren Gleitebenen zu erklären. Diese Versprödung ist in kubisch flächenzentrierte Metalle oder austenitische Stähle weit weniger ausgeprägt. Typisch für Stähle sind Übergangstemperaturen von   zwischen −60 und 40 °C.

ÜbergangsdehnrateBearbeiten

Die Geschwindigkeit mit der ein Werkstoff umgeformt wird trägt zu deren Versprödung bei.[4] Die Dehnratensensitivität gibt an wie stark die kritische Schubspannung von der Dehnrate abhängig ist. Metalle wie Aluminium oder Magnesium sind Dehnratensensitiver als Stahl.

Siehe auchBearbeiten

Wiktionary: Sprödigkeit – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Weißbach, Wolfgang: Werkstoffkunde : Strukturen, Eigenschaften, Prüfung. 16., überarbeitete Auflage. Friedr. Vieweg & Sohn Verlag GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0295-8.
  2. Reaktoren unter Dauerbeschuss. In: FAZ, 22. September 2010
  3. Gottstein, Günter: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Physikalische Grundlagen. 4., neu bearb. Aufl. 2014. Berlin, Heidelberg, ISBN 978-3-642-36603-1, S. 238.
  4. Haasen, Peter: Physikalische Metallkunde. Dritte, neubearbeitete und erweiterte Auflage. Berlin, Heidelberg, ISBN 978-3-642-87849-7, S. 287.